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什么是交換機
  
什么是交換機?

一、交換機的歷史
  “交換”和“交換機”最早起源于電話通訊系統(PSTN)。我們以前經常在電影或電視中看到一些老的影片時?吹接腥嗽陔娫挋C旁狂搖幾下(注意不是撥號),然后就說:跟我接XXX,話務接線員接到要求后就會把相應端線頭插在要接的端子上,即可通話。其實這就是最原始的電話交換機系統,只不過它是一種人工電話交換系統,不是自動的,也不是我們今天要談的程控交換機,但是我們現在要講的程控交換機也就是在這個電話交換機技術上發展而來的。
   自1876年美國貝爾發明電話以來,隨著社會需求的日益增長和科技水平的不斷提高,電話交換技術處于迅速的變革和發展之中。其歷程可分為三個階段:人工交換、機電交換和電子交換。
早在1878年就出現了人工交換機,它是借助話務員進行話務接續,顯然其效率是很低的。15年后步進制的交換機問世,它標志著交換技術從人工時代邁入機電交換時代。這種交換機屬于“直接控制”方式,即用戶可以通過話機撥號脈沖直接控制步進接續器做升降和旋轉動作。從而自動完成用戶間的接續。這種交換機雖然實現了自動接續,但存在著速度慢、效率低、雜音大與機械磨損嚴重等缺點。
   直到1938年發明了縱橫制(cross bar)交換機才部分解決了上述問題,相對于步進制交換機,它有兩方面重要改進:1.利用繼電器控制的壓接觸接線陣列代替大幅度動作的步進接線器,從而減少了磨損和雜音,提高了可靠性和接續速度;2.由直接控制過渡到間接控制方式,這樣用戶的撥號脈沖不在直接控制接線器動作,而先由記發器接收,存儲,然后通過標志器驅動接線器,以完成用戶間接續。這種間接控制方式將控制部分與話路部分分開,提高了靈活性和控制效率,加快了速度。由于縱橫制交換機具有一系列優點,因而它在電話交換發展上占有重要的地位,得到了廣泛的應用,直到現在,世界上相當多的國家和我國少數地區的公用電話通信網仍在使用縱橫交換機
   隨著半導體器件和計算機技術的誕生與迅速發展,猛烈地沖擊著傳統的機電式交換結構,使之走向電子化。美國貝爾公司經過艱苦努力于1965年生產了世界上第一臺商用存儲程序控制的電子交換機(No.1 ESS),這一成果標志著電話交換機從機電時代躍入電子時代,使交換技術發生時代的變革。由于電子交換機具有體積小、速度快、便于提供有效而可靠的服務等優點,引起世界各國的極大興趣。在發展過程中相繼研制出各種類型的電子交換機。

  二、交換機的分類
   就控制方式而論,主要分兩大類:
   1、布線邏輯控制(WLC,Wired Logic Control)它是通過布線方式實現交換機的邏輯控制功能,通常這種交換機仍使用機電接線器而將控制部分更新成電子器件,因此稱它為布控半電子式交換機,這種交換機相對于機電交換機來說,雖然在器件與技術上向電子化邁進了一大步,但它基本上繼承與保留了縱橫制交換機布控方式的弊端,體積大,業務與維護功能低,缺乏靈活性,因此它只是機電式向電子式演變歷程中的過度性產物。
2、存儲程序控制(SPC,Stored Program Control)它是將用戶的信息和交換機的控制,維護管理功能預先變成程序存儲到計算機的存儲器內。當交換機工作時,控制部分自動監測用戶的狀態變化和所撥號碼,并根據要求執行程序,從而完成各種交換功能。通常這種交換機屬于全電子型,采用程序控制方式,因此稱為存儲程序控制交換機,或簡稱為程控交換機。

   程控交換機按用途可分為市話,長話和用戶交換機;
按接續方式可分為空分和時分交換機。
程控交換機按信息傳送方式可分為:模擬交換機和數字交換機。
由于程控空分交換機的接續網絡(或交換網絡)采用空分接線器(或交叉點開關陣列),且在話路部分中一般傳送和交換的是模擬話音信號,因而習慣稱為程控模擬交換機,這種交換機不需進行話音的模數轉換(編解碼),用戶電路簡單,因而成本低,目前主要用作小容量模擬用戶交換機。
   程控時分交換機一般在話路部分中傳送和交換的是模擬話音信號,因而習慣稱為程控數字交換機,隨著數字通信與脈沖編碼調制(PCM)技術的迅速發展和廣泛應用,世界各先進國家自60年代開始以極大的熱情競相研制數字程控交換機,經過艱苦的努力,法國首先于1970年在拉尼翁(Lanion)成功開通了世界上第一個程控數字交換系統E10,它標志著交換技術從傳統的模擬交換進入數字交換時代。由于程控數字交換技術的先進性和設備的經濟性,使電話交換跨上了一個新的臺階,而且對開通非話業務,實現綜合業務數字交換奠定了基礎,因而成為交換技術的主要發展方向,隨著微處理器技術和專用集成電路的飛速發展,程控數字交換的優越性愈加明顯的展現出來。目前所生產的中大容量的程控交換機全部為數字式的。
   90年代后,我國逐漸出現了一批自行研制的大中型容量的具有國際先進水平的數字程控局用交換機,典型的如深圳華為公司的C&C08系列、西安大唐的SP30系列、深圳中興的ZXJ系列等等,這些交換機的出現,表明在窄帶交換機領域,我們國家的研發技術已經達到了世界水平。隨著時代的發展,目前的交換機系統逐漸融合ATM、無線通信、接入網技術、HDSL、ASDL、視頻會議等先進技術?梢韵胂,今后的交換機系統,將不僅僅是語音傳輸系統,而是一個包含聲音、文字、圖象的高比特寬帶傳輸系統,并深入到千家萬戶之中。IP電話就是其應用一例。世界上傳統交換機廠商目前正努力研制,并通過與計算機廠商的合作和交流,來達到這一目的。

   三、交換機的現在與將來——程控交換機的特點與技術動向
   程控數字交換機是現代數字通信技術、計算機技術與大規模集成電路(LSI)有機結合的產物。先進的硬件與日臻完美的軟件綜合于一體,賦予程控交換機以眾多的功能和特點,使它與機電交換機相比,有以下優點:
   1. 體積小,重量輕,功耗低,它一般只有縱橫制交換機體積的1/8-1/4,大大壓縮了機房占用面積,節省了費用。
   2. 能靈活的向用戶提供眾多的新業務服務功能。由于采用SPC技術,因而可以通過軟件方便的增加或修改交換機功能,向用戶提供新型服務,如縮位撥號、呼叫等待、呼叫傳遞、呼叫轉移、遇忙回叫、熱線電話、會議電話,給用戶帶來了很大的方便。
   3. 工作穩定可靠、維護方便,由于程控交換機一般采用大規模集成電路(LSI)電路或專用集成電路(ASIC),因而有很高的可靠性。它通常采用冗余技術或故障自動診斷措施,以進一步提高系統的可靠性。此外,程控交換機借助故障診斷程序對故障自動進行檢測和定位,以及時地發現與排除故障,從而大大減少了維護工作量。系統還可方便地提供自動計費,話務量記錄,服務質量自動監視,超負荷控制等功能,給維護管理工作帶來了方便。
   4. 便于采用新型共路信號方式(CCS,Common Channel Signalling) 。由于程控數字交換機與數字傳輸設備可以直接進行數字連接,提供高速公共信號信道,適于采用先進的CCITT 7號信令方式,從而使得信令傳送速度快、容量大、效率高,并能適應未來新業務與交換網控制的特點,為實現綜合業務網(ISDN,Integrated Services Digital Network)創造必要的條件。
   5. 易于與數字終端,數字傳輸系統聯接,實現數字終端,傳輸與交換的綜合與統一?梢詳U大通信容量,改善通話質量,降低通信系統投資,并為發展綜合數字網(IDN)和綜合業務數字網(ISDN)奠定基礎。
當前程控交換技術的發展動向和趨勢為:
   1. 研制新型專用大規模集成電路,提高硬件集成度和模塊化水平,以進一步減少體積,降低成本,增強功能及提高可靠性。
   2. 提高控制的分散,靈活程度和可靠性,逐步采用全分散方式。
   3. 采用CCITT(ITU)建議的高級語言(如CHILL、SDL、MML),提高軟件水平和模塊化速度。加強支援系統的開發,建立強大的軟件生成系統。
   4. 積極推行共路信號系統。
   5. 逐步引入非話業務,如數據,圖文傳真,用戶電報(Telex)與智能用戶電報(Teletax),可視數據(Videotex),圖文傳視(Teletext)及電子郵件(Electronic Mail),圖象信息等,開發相應的接口,構成綜合信息交換系統。
   6. 增強程控交換系統與其它類型通信網(如傳真網,分組交換網或公用數據網,計算機局域網等)的接口,聯接與組網能力。
   7. 為適應高速信息業務日益增長的需求和光纖通信的發展,開展寬帶綜合業務數字網(B-ISDN)環境下交換理論,體制與關鍵技術的研究。目前研究的重點之一為異步轉移方式ATM。

   四、用戶交換機的作用
   電話交換機有四種最基本呼叫作用,根據進出交換機的呼叫流向及發起呼叫的起源,可以將呼叫分為:本局呼叫、出局呼叫、入局呼叫和轉移呼叫。 將交換機理解為一個交換局,本局一個用戶發起的呼叫,根據呼叫的流向可以分為出局呼叫或本局呼叫。主叫用戶生成去話,被叫用戶是本局中的另一個用戶時,即本局呼叫;被叫用戶不是本局的用戶,交換機需要將呼叫接續到其他的交換機時,即形成出局呼叫。相應地,從其他交換機發來的來話,呼叫本局的一個用戶時,生成入局呼叫;呼叫的不是本局的一個用戶,由交換機又接續(交換)到其他的交換機,交換機只提供匯接中轉的功能,則形成轉移呼叫。除了匯接局一般只具備“轉接呼叫”的功能外,每個局的電話交換機都具備這四種呼叫的處理能力。至于長途和特種服務呼叫,可以看做是呼叫流向固定的出局呼叫。
   用戶交換機是機關工礦企業等單位內部進行電話交換的一種專用交換機,其基本功能是完成單位內部用戶的相互通話,但也裝有出入中繼線可接入公用電話網的市內網部分和網中用戶通話(包括市內通話,國內長途通話和國際長話)。由于這類交換機系單位內部專用,故可根據用戶需要增加若干附加性能以提供使用上的方便。因此這類交換機具有較大的靈活性。什么是交換機?
   用戶交換機是市話網的重要組成部分,是市話交換機的一種補充設備,因為它為市話網承擔了大量的單位內部用戶間的話務量,減輕了市話網的話務負荷。另外用戶交換機在各單位分散設置,更靠近用戶,因而縮短了用戶線距離,節省了用戶電纜。同時用少量的出入中繼線接入市話網,起到話務集中的作用。從這些方面講,使用用戶交換機都有較大的經濟意義。因此公用網建設中,不能缺少用戶交換機的作用。
用戶交換機在技術上的發展趨勢是采用程控用戶交換機,采用新型的程控數字用戶交換機不僅可以交換電話業務,而且可以交換數據等非話業務,做到多種業務的綜合交換與傳輸。

   五、程控電話交換機的基本構成
   程控電話交換機的主要任務是實現用戶間通話的接續;緞澐譃閮纱蟛糠郑涸捖吩O備和控制設備。話路設備主要包括各種接口電路(如用戶線接口和中繼線接口電路等)和交換(或接續)網絡;控制設備在縱橫制交換機中主要包括標志器與記發器,而在程控交換機中,控制設備則為電子計算機,包括中央處理器(CPU),存儲器和輸入/輸出設備。程控交換機實質上是采用計算機進行“存儲程序控制”的交換機,它將各種控制功能與方法編成程序,存入存儲器,利用對外部狀態的掃描數據和存儲程序來控制,管理整個交換系統的工作。
   1、 交換網絡
   交換網絡的基本功能是根據用戶的呼叫要求,通過控制部分的接續命令,建立主叫與被叫用戶間的連接通路。在縱橫制交換機中它采用各種機電式接線器(如縱橫接線器,編碼接線器,笛簧接線器等),在程控交換機中目前主要采用由電子開關陣列構成的空分交換網絡,和由存儲器等電路構成的時分接續網絡。
   2、用戶電路
   用戶電路的作用是實現各種用戶線與交換之間的連接,通常又稱為用戶線接口電路(SLIC,Subscriber Line Interface Circuit)。根據交換機制式和應用環境的不同,用戶電路也有多種類型,對于程控數字交換機來說,目前主要有與模擬話機連接的模擬用戶線電路(ALC)及與數字話機,數據終端(或終端適配器)連接的數字用戶線電路(DLC)。
   模擬用戶線電路是適應模擬用戶環境而配置的接口,其基本功能有;
   饋電(Battery feed):交換機通過用戶線向共電式話機直流饋電;
   過壓保護(Overvoltage Protection):防止用戶線上的電壓沖擊或過壓而損壞交換機。
   振鈴(Ringing):向被叫用戶話機饋送鈴流。
   監視(Supervision): 借助掃描點監視用戶線通斷狀態,以檢測話機的摘機,掛機,撥號脈沖等用戶線信號,轉送給控制設備,以表示用戶的忙閑狀態和接續要求。
   編解碼(CODEC):利用編碼器和解碼器(CODEC),濾波器,完成話音信號的模數與數模交換,以與數字交換機的數字交換網絡接口 。

   混合(Hybrid):進行用戶線的2/4線轉換,以滿足編解碼與數字交換對四線傳輸的要求。
測試(Test):提供測試端口,進行用戶電路的測試。
   這7種功能常用第一個字母組成的縮寫詞(BORSCHT)代表。對于模擬程控交換機,不需要編解碼功能;而在數字程控交換機中,除某些特定應用的小型交換機利用增量調制方式外,其它大部分均采用PCM編解碼方式。數字用戶線電路是為適應數字用戶環境而設置的接口,它主要用來通過線路適配器(LAM)或數字話機(SOPHO-SET)與各種數據終端設備(DTE)如計算機,打印機,VDU,電傳相連。
  出入中繼器
出入中繼器是中繼線與交換網絡間的接口電路,用于交換機中繼線的連接。它的功能和電路與所用的交換系統的制式及局間中繼線信號方式有密切的關系。對模擬中繼接口單元(ATU),其作用是實現模擬中繼線與交換網絡的接口,基本功能一般有:
   發送與接收表示中繼線狀態(如示閑,占用,應答,釋放等)的線路信號。
   轉發與接收代表被叫號碼的記發器信號。
   供給通話電源和信號音。
   向控制設備提供所接收的線路信號。
   對于最簡單的情況,某一交換機的中繼器通過實線中繼線與另一交換機連接,并采用用戶環路信令,則該模擬中繼器的功能與作用等效為一部“話機”。若采用其它更為復雜的信號方式,則中繼器應實現相應的話音,信令的傳輸與控制功能。

   數字中繼線接口單元(DTU)的作用是實現數字中繼線與數字交換網絡之間的接口,它通過PCM有關時隙傳送中繼線信令,完成類似于模擬中繼器所應承擔的基本功能。但由于數字中繼線傳送的是PCM群路數字信號,因而它具有數字通信的一些特殊問題,如幀同步,時鐘恢復,碼型交換,信令插入與提取等,即要解決信號傳送,同步與信令配合三方面的連接問題。
   數字中繼接口單位的基本功能包括幀與復幀同步碼產生,幀調整,連零抑制,碼型變換,告警處理,時鐘恢復,幀同步搜索及局間信令插入與提取等,如同模擬用戶電路的BORSCHT,也可將數字中繼單元的上述8種功能概括為GAZPACHO。
   4、 控制設備
   控制部分是程控交換機的核心,其主要任務是根據外部用戶與內部維護管理的要求,執行存儲程序和各種命令,以控制相應硬件實現交換及管理功能。
  程控交換機控制設備的主體是微處理器,通常按其配置與控制工作方式的不同,可分為集中控制和分散控制兩類。為了更好的適應軟硬件模塊化的要求,提高處理能力及增強系統的靈活性與可靠性,目前程控交換系統的分散控制程度日趨提高,已廣泛采用部分或完全分布式控制方式!

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